摘要:低碱度渣铁水预处理脱磷的一个主要特点是形成高氧势、低碱度炉渣。实验选用炉渣碱度1.3～1.8,w(TFe)为20%～25 %，底搅强度大于0.20m³/( min·t)，对4.0% w(C)-(0. 1%-0.3%)w(P)-0.4%w(Si)的铁水进行铁水脱磷预处理。实验表明，低碱度渣能稳定获得200左右的脱磷分配比，脱磷率大于90%。同时对供氧参数和底吹强度对低碱度渣脱磷的影响进行了相应的讨论

　 关键词:碱度；铁水预处理；脱磷

　 由于我国越来越受到铁矿石资源条件的限制，采用中、高磷铁水低成本、高效率的生产低磷钢水将成为炼钢厂必须突破的技术难题。从现有的各类炼钢脱磷技术效果看，全量铁水“三脱”预处理工艺己成为生产洁净钢水的技术平台，它使得用中、高磷铁水生产低磷(甚至超低磷)洁净钢水成为可能。

　 在铁水“三脱”技术中，转炉复吹技术、吹炼过程的温度控制技术、相匹配的造渣工艺和供氧制度等是影响脱磷效率至关重要的因素。国外复吹转炉铁水脱磷预处理工艺以低温、强底吹搅拌和低碱度（2.0左右）为特点，脱磷效果显著。国内在开发转炉“三脱”预处理技术时，由于没设专用脱磷预处理炉，仍在一个转炉内控制冶炼过程，即冶炼前期脱硅、脱磷，后期脱碳、升温。特别是对于采用高拉碳出钢的操作模式，由于在一个转炉内操作，很容易造成转炉吹炼终点钢水碳含量、磷含量和钢水温度不能同时命中的问题:或是由于前期脱磷率偏低，造成终点钢水磷含量超标;或是由于吹炼过程温度控制不合理，前期脱碳量大，后期出钢温度偏低;或是前期炉渣碱度偏高(为保证脱磷率)，由于是低温处理，炉渣流动性差，导致前期到渣量少，脱碳期钢液发生不同程度的回磷。为解决上述问题，本研究从优化前期脱磷炉渣成分入手，在熔池温度控制、供氧参数、底吹强度控制等方而探索复吹转炉前期高效脱磷工艺，为优化全量铁水“三脱”工艺提供技术支持。

1 实验装置、条件及方法

1.1 实验装置

　 热模拟实验在100kg中频感应炉上进行。感应灯顶部装配可自由升降的氧枪，炉底安装狭缝式透气砖，具有模拟顶、底复合吹炼的功能。

　 氧气和氮气由气瓶供给，通过各自的通气管道向灯内供气，其流量根据转子流量计及压力表指示，通过手动针型阀控制。

　 氧枪喷嘴为水冷单孔喷嘴，喉口直径1.8mm。

1.2 实验原料

　 为模拟转炉生产的实际情况，造渣材料选用冶金石灰、轻烧白石石和萤石，铁料主要以中低磷生铁块为主，配以少量高磷生铁。铁料成分见表1，石灰、白石石成分见表2。

表1　　 生铁成分　　 %

生铁成分	w(C)	w(Si)	w(Mn)	w(P)	w(S)
高磷生铁（2炉）	4.10-4.27	0.38-0.43	0.15-0.27	0.600-1.100	0.041-0042
中低磷生铁（8炉）	4.00-4.17	0.30-0.58	0.12-0.18	0.138-0.350	0.033-0.042

　

表2　　 石灰、白云石成分　　 %

造渣材料	w(CaO)	w(MgO)	w(SiO2)	w(P)	w(S)
石灰	70-78	2-3	0.5-1.3	＜0.005	＜0.007
白云石	36-38	26-28	0.1	＜0.003	＜0.005

　

1.3 实验方法及工艺参数

　 将(50士2)kg生铁块加入炉内,接通底吹气体后送电升温熔化生铁,生铁熔清后测温取样。当温升至1400～1420℃时开始降枪吹氧,同时加入预先混合好的渣料,第一批为总渣料的30%,随后分批加入剩余渣料,开吹10min后造渣材料添加完毕。

　 实验过程中按脱硅、脱磷两个阶段控制枪位及供氧强度。脱硅供氧强度控制在2.0～2. 5m³/(min·t),快速化渣升温;脱磷期供氧强度为0.8～1.2 m³/( min·t),高枪位操作保证良好的化渣、抑制碳氧化及控制熔池升温速度,根据铁水磷含量高低,处理时间控制在22 min内。实验中顶底吹模式见表3。

表3　　 工艺参数

操作制度	工艺参数	注
供氧制度	2.0-2.5m3/(min·t),3-5min 0.8-1.5m3/(min·t),15min 枪位控制：低-高	硅锰氧化期 脱磷期
底吹制度	0.08-0.40m3/(min·t)	氮气瓶全程供氮
温度制度	平均开吹温度1380-1410℃ 终点平均温度1465℃
造渣工艺	造渣材料用量/(kg/t-1)　 60-100 石灰/(kg/t-1)　　　　　　　　　 24-50 白云石/(kg/t-1)　　　　　　　 8-12 萤石/(kg/t-1)　　　　　　　　　 8-10 氧化铁皮/(kg/t-1)　　　　　 18-30	由于水冷炉壁 冷却性较强,每 次实验炉壁粘 渣量为10-30 kg/t,故采用的 渣量较大

　

2 实验结果及分析

2.1 实验结果

　 本次实验共进行10炉，中低磷铁水平均脱磷率93.67%，高磷铁水脱磷率82.68%。实验中脱磷率大少90%的炉次有6炉，A-4炉次脱磷率最高，达97.1%(初始w(P)=0.12%，终渣碱度1.57)，终点w(P) 0.0035%，铁水温度1380℃。吹氧5～12min后大部分炉次硅降至微量,锰的平均烧损为80.8%,平均脱碳率为13.5%。因炉渣碱度低,渣料加入后,短时间内即能成渣,炉渣流动性良好。图1为A-4炉次冶炼过程铁水成分变化情况。从图1中可以发现，硅含量对铁水脱磷影响较大，铁水中w(Si)降到0.1%以下时，脱磷反应才能大量进行，这与前人的研究较为一致。脱硫反应进行得较微弱，各炉次脱硫率维持在20%左右。

　

图1 典型实验结果

　

2.2 实验结果分析与讨论

2.2.1 底吹搅拌对脱磷的影响

　 大量实验证明,采用较小的底吹供气量就能获得比顶吹更强的搅拌效果。但是采用多大的底吹气体强度对脱磷更有利,不同的研究者有不同的看法。有文献指出底搅强度并不是越大越好,获得最佳冶金效果的底搅强度范围是0.10～0.14 m³/(min·t),而最近新日铁8t复吹转炉上的实验表明,底搅强度在0.4～0.7m³/( min·t)范围内,炉渣碱度0.9～2.2时平均脱磷率在85%以上。如图2所示,碱度在1.3～1.8范围内，底搅强度越大，脱磷率越高。从实验结果来看，冶炼低磷铁水时，底搅强度为0.4m³/(min·t)的A-4炉次脱磷率最高，且用时最短。实验中当底搅强度大于 0.2 m³/( min·t)时，可以保证90%以上的脱磷率。因此可以肯定，采用0.2 m³/( min·t)以上范围的供气强度，对改善渣金反应，提高前期铁水脱磷反应速率，促进脱磷反应平衡的作用是非常显著的。

　

图2 底吹强度对脱磷率的影响

　

2.2.2 炉渣氧势对脱磷的影响

　 灯渣氧势，即灯渣w(TFe)，对脱磷反应的影响是比较复杂的。大量的实验发现，炉渣中w(TFe)同渣金间磷分配比存在极值关系。因此过高或过低的w(TFe)对脱磷都是不利的。炉渣碱度在1.3～2.0范围内，其最佳的w(TFe)可依据水渡对Healy式的修正式(1)来做估算，在正常炉渣成分范围内，可得图3。　　　

　

图3 lgw((P))/w([P])计算值同w(TFe)的关系

　

　 lgw((P))/w([P])=0.072[w(Ca0)]+0.3w(Mg0)+0.6w(P₂0₅)+0.2w(Mn0)+1.2w(CaF₂)-0. 5w(A1₂0₃)+11570/T-10.52+2.51gw(TFe)　 (1)

　 从图3可见,当炉渣碱度范围为1.3～2.0,w(TFe)控制在15%～25%时,渣金间磷分配比会出现最大值。对睛低碱度渣而言，要获得最大的脱磷分配比，渣中w(TFe)应在20%左右为宜。实验各炉次脱磷期终点炉渣w(TFe)同渣金磷分配比的关系见图4，渣金间磷分配比随着w(TFe)的增加有下的趋势;w(TFe)相近时，底搅强度大于0.20m³/(min·t)的炉次磷分配比高。控制w(TFe)在20%～25%范围内，配合强底搅，能获得200左右的脱磷分配比，这与理论计算值非常是相近的，说明脱磷反应己接近平衡。

　

图4 实际w((P))/w([P])同w(TFe)的关系

　

3 结论

　 (1)炉渣碱度在1.3～1.8范围内，对中低磷铁水可获得90%左右的脱磷率，最低炉次铁水w( P)为0.0035%;高磷铁水的脱磷率大于70%。

　 (2)实验中合理的炉渣氧势是低碱度渣脱磷的关键，从本次实验的结果看，当炉渣碱度大于1.3时，渣中w(TFe)控制在20%左右，配以强底搅，能稳定获得200左右的脱磷分配比。

　 (3)较大的底吹强度对脱磷是有利的，在炉渣碱度小于2.0时，要稳定获得90%的铁水脱磷率，底吹强度应大于0.20m³/(min·t)。